100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как устроена паровая машина

Паровоз. Как он устроен и работает.

В соседнем сообществе и в своём блоге опубликовал статью о последнем Советском паровозе, здесь же хочу продолжить тему паровозов и рассказать о том как устроена и работает уникальная паровая машина, изобретённая ещё в 18 веке! Конструкция паровоза, это масса технических изобретений и идей, ибо заставить работать бесперебойно и безопасно паровую машину, в топке которой температура порой достигает 1800℃, а нагрузка в котлах паровозов повышенного давления доходит до 60 атм, при мощностях некоторых моделей до 8000 л.с., очень не просто! Паровозы, на протяжении всей своей истории, совершенствовались и модернизировались, для повышения надёжности конструкции и улучшения КПД, который так и не удалось поднять выше 9,22%, на сегодня, это лучший показатель, который был у советского паровоза ЛВ. Паровоз обслуживался бригадой из 3х человек — машинист, помощник и кочегар. В качестве топлива, в зависимости от модели, использовались, как твёрдое топливо — уголь, торф, древесина, так и нефтепродукты или газ.

Так как же устроен паровоз?

Обратимся к Википедии, там есть удачная картинка с описанием:

Описание работы паровоза в этом видео:

Интересный фильм о паровозах:

Ну и фрагмент статьи из журнала Популярная механика:

Вприхлопку: Как устроен паровоз
Машинисты паровозов всегда отличались богатырским здоровьем и хорошей зарплатой

Буквально какие-то 20 лет назад увидеть паровоз можно было запросто. Они стояли, заколоченные, на станциях. И вся инфраструктура тоже сохранялась на случай войны. Теперь все не так: нет ни паровозов (осталось, дай бог, штук триста на всю страну), ни машинистов — навыки уходят вместе с ветеранами. Как же функционирует стальная машина?

Растопка
Холодный паровоз доставляют в депо и ставят в стойло (термин, доставшейся чугунке в наследство от времен почтовых лошадей). Из котла вынимают мешочки с силикагелем — веществом, впитывающим влагу (его кладут в котел на время консервации паровоза). Отмывают соляркой детали от консервационной смазки. Доверху наполняют водой котел и тендер. Развешивают на колесах ведущие дышла и кулисные тяги. В топку сначала забрасывают негодные шпалы, дрова и доски, которые поджигают. Когда растопка запылает, осторожно бросают первые лопаты угля и ждут, когда он займется. Постепенно добрасывают еще и еще, пока вся колосниковая решетка не окажется охваченной ровным горящим слоем. Вода в котле закипит часа через три-четыре. Как только в котле создастся давление 34 атмосферы, паровоз делается вполне автономным: оживает сифон — устройство, создающее искусственную тягу в топке.

Начинается подготовка к рейсу. В тендер паровоза выливают порцию антинакипина. Один миллиметр толщины слоя накипи на трубах — это 600 кг (!) лишнего веса в котле. Раньше пробу воды снимали после каждого рейса: набирали воду в особый чайник из краника на котле, который так и называется — «водопробный», и сдавали в лабораторию. В лаборатории устанавливали необходимую дозу антинакипина, которая зависела от жесткости грунтовых вод на участке работы паровоза. До сих пор на тендерах паровозов можно встретить надпись: «Вода отравлена. Для питья непригодна». Впрочем, старики утверждают: «Сколько раз пили — и ничего».
Из масленок с длинными носами заливают масло в смазочные пресс-аппараты, турбинку и воздушный насос. На паровозе масло применяется разных сортов, важно его не перепутать и не залить, скажем, в паровой цилиндр масло, предназначенное для смазки букс. Сегодня настоящие паровозные масла — «вапор», «цилиндровое», «вискозин» — также стали музейными экспонатами, и все заменяются обычным дизельным маслом. А на самых первых паровозах для смазки использовали говяжье сало, олеонафт и растительное масло.

Читайте так же:
Секвойи – самые высокие деревья в мире. Размеры, описание, где растут, фото и видео

Помощник машиниста ручным винтовым прессом вгоняет смазку в подшипники машины. Машинист тем временем обстукивает молоточком гайки на дышлах, тягах и крейцкопфах. Проверяет, надежно ли они затянуты, готов ли к пути механизм. На паровозе, как в оркестре, все на слух.

Стрелка парового манометра приближается к красной черте предельного давления. Можно ехать. Машинист спускает реверс на передний ход на полную отсечку, дает полнозвучный свисток и плавно открывает регулятор, вслушиваясь в дыхание машины. Плавно, потому что при резком открытии регулятора воду может подхватить и бросить из котла в цилиндры. Последствия бросания бывали таковы, что 300килограммовое дышло, вращающее ведущие колеса, сгибало в дугу, как пластилиновое, а с цилиндров сшибало чугунную крышку, привинченную 20 болтами.

Искусство кидания
Управляет паровозом машинист, а вот топит не кочегар, как думает большинство непосвященных, а помощник машиниста. Отопление требует большого опыта, сообразительности, и слова «Бери больше — кидай дальше!» тут совершенно неприменимы.

Уголь забрасывают в топку вручную особой лопатой, сугубо паровозной, с длинным ковшом и коротким черенком. Угли бывают самые разные и сильно различаются как по размерам кусков, так и по свойствам: например, бурый подмосковный уголь паровозники звали «землей» — он почти не горел, приходилось заваливать им топку чуть не до потолка. А вот, скажем, донецкие антрациты горели очень жарко, но, если помощник упускал момент, плавились и заливали колосники, из-за чего прекращался доступ в топку воздуха — после этого паровоз оставалось лишь тушить и образовавшийся монолит разбивать отбойным молотком. Самые лучшие — так называемые газовые, длиннопламенные и паровично-жирные угли, сами названия которых, кажется, горят.

От того, насколько искусен помощник, зависит жизненно важный вопрос — хватит ли в пути пару? А кочегар на паровозе обычно выполняет лишь вспомогательные работы — смазывает буксы тендера, подгребает уголь в лоток, набирает воду из колонки и т. п. В старину кочегарами обычно были практиканты или пенсионеры.

Когда паровоз движется с работающей машиной, а не по инерции, топят «вприхлопку» — то есть помощник бросает уголь, а кочегар открывает дверцы топки только в момент броска лопаты и сразу же их закрывает, чтобы в топку не шел холодный воздух. Очень важно не переохлаждать котел: паровоз простужается как человек, но, увы, с куда более серьезными последствиями, вплоть до взрыва котла (мощностью с приличную фугасную бомбу), а иногда и улетания оного в небо, как ракеты, что в свое время случалось не так уж редко.

Работа на паровозе — нелегкий физический труд. Однако он всегда был высокооплачиваемым и очень престижным, овеян огромным уважением и почетом. Кроме того, по статистике паровозники были физически здоровее, чем их коллеги, работающие на тепловозах и электровозах. Когда машинист шел по улице в фуражке с особым белым кантом и поездочным «сундучком-шарманкой», встречные приветствовали его, снимая шапку.

ЗЫ: И в заключении рекомендую почитать Будни паровозной бригады, очень интересно!

Как устроена паровая машина

Главное меню

Судовые двигатели

Главная Паровые машины Основные понятия об паровых машинах Схема устройства и принцип работы паровой машины

Паровой машиной называется тепловой двигатель, в котором по­тенциальная энергия расширяющегося пара преобразуется в меха­ническую энергию, отдаваемую потребителю.

С принципом действия машины ознакомимся, воспользовавшись упрощенной схемой фиг. 1.

Внутри цилиндра 2 находится поршень 10, который может пере­мещаться вперед и назад под давлением пара; в цилиндре имеются четыре канала, которые могут открываться и закрываться. Два верх­них пароподводящих канала 1 и 3 соединены трубопроводом с паро­вым котлом, и через них в цилиндр может поступать свежий пар. Через два нижних капала 9 и 11 пар, уже совершивший работу, выпускается из цилиндра.

Читайте так же:
Как устроен гигантор. Komatsu 730e.

На схеме показан момент, когда каналы 1 и 9 открыты, каналы 3 и 11 закрыты. Поэтому свежий пар из котла по каналу 1 поступает в левую полость цилиндра и своим давлением перемещает поршень вправо; в это время отработавший пар по каналу 9 из правой полости цилиндра удаляется. При крайнем правом положении поршня каналы 1 и 9 закрыты, а 3 для впуска свежего пара и 11 для выпуска отработавшего пара открыты, вследствие чего поршень переместится влево. При крайнем левом положении поршня открываются каналы 1 и 9 и закрываются каналы 3 и 11 и процесс повторяется. Таким образом, создается прямолинейное возвратно-поступательное движе­ние поршня.

Для преобразования этого движения во вращательное приме­няется так называемый кривошипно-шатунный механизм. Он состоит из поршневого штока- 4, соединенного одним концом с поршнем, а другим шарнирно, посредством ползуна (крейцкопфа) 5, скользящего между направляющими параллелями, с шатуном 6, который передает движение, на коренной вал 7 через его колено или кривошип 8.

Величина вращающего момента на коренном валу не является постоянной. В самом деле, силу Р , направленную вдоль штока (фиг. 2), можно разложить на две составляющие: К , направленную вдоль шатуна, и N , перпендикулярную к плоскости направляющих параллелей. Сила N не оказывает никакого влияния на движение, а только прижимает ползун к направляющим параллелям. Сила К передается вдоль шатуна и действует на кривошип. Здесь ее опять можно разложить на две составляющие: силу Z , направленную по радиусу кривошипа и прижимающую вал к подшипникам, и силу Т , перпендикулярную к кривошипу и вызывающую вращение вала. Величина силы Т определится из рассмотрения треугольника AKZ. Так как угол ZAK = ? + ?, то

Т = К sin (? + ?).

Но из треугольника ОКР сила

K= P/ cos ?

T= Psin ( ? + ?) / cos ? ,

При работе машины за один оборот вала углы ? и ? и сила Р непрерывно меняются, а поэтому величина крутящей (тангенциаль­ной) силы Т также переменна. Чтобы создать равномерное вращение коренного вала в течение одного оборота, на него насаживают тяжелое колесо-маховик, за счет инерции которого поддерживается постоян­ная угловая скорость вращения вала. В те моменты, когда сила Т возрастает, она не может сразу же увеличить скорость вращения вала, пока не ускорится движение маховика, чего не происходит мгновенно, так как маховик обладает большой массой. В те моменты, когда работа, производимая крутящей силой Т , становится меньше работы сил сопротивления, создаваемых потребителем, маховик опять-таки в силу своей инерции не может сразу уменьшить свою ско­рость и, отдавая полученную при своем разгоне энергию, помогает поршню преодолевать нагрузку.

При крайних положениях поршня углы ? + ? = 0, поэтому sin (? + ?) =0 и, следовательно, Т = 0. Так как вращающее уси­лие в этих положениях отсутствует, то, если машина была бы без маховика, сна должна была бы остановиться. Эти крайние положения поршня называются мертвыми положениями или мертвыми точками. Через них кривошип переходит также за счет инерции маховика.

При мертвых положениях поршень не доводится до соприкоснове­ния с крышками цилиндра, между поршнем и крышкой остается так называемое вредное пространство. В объем вредного прост­ранства включается также объем паровых каналов от органов парорас­пределения до цилиндра.

Ходом поршня S называется путь, проходимый поршнем при перемещении из одного крайнего положения в другое. Если расстояние от центра коренного вала до центра пальца кривошипа — радиус кривошипа — обозначить через R, то S = 2R.

Читайте так же:
Выяснено влияние присутствия хозяина на поведение собаки

Рабочим объемом цилиндра V h называется объем, описываемый поршнем.

Обычно паровые машины бывают двойного (двухстороннего) действия (см. фиг. 1). Иногда применяются машины односторон­него действия, в которых пар оказывает давление на поршень только со стороны крышки; другая сторона цилиндра в таких маши­нах остается открытой.

В зависимости от давления, с которым пар покидает цилиндр, машины разделяются на выхлопны е, если пар выходит в атмо­сферу, конденсационные, если пар выходит в конденсатор (холодильник, где поддерживается пониженное давление), и тепло фикационные, у которых отработавший в машине пар исполь­зуется для каких-либо целей (отопление, сушка и пр.)

Паровые машины. Теория и практика.

Паровые машины. Теория и практика.

«Паровые машины.Теория и практика.»1922 год 6 издание.

Содержание:

К написанию заметки подвигло желание дать в руки альтернативщикам простой и понятный инструмент расчета девайса. Заодно и вспомнить основные принципы работы паровых машин.

Основные принципы паровой машины , надеюсь понятны. Кому не понятны -причитают в книге

или википедии. Одноцилиндровые машины достаточно примитивны и хорошо потому описаны. Котел-золотник-цилиндр — атмосфера. Просто и понятно.

Разводить водой не будем — сразу переходим к интересующиму нас вопросу.

Морские паровые машины

Паровые машины. Теория и практика.

(В первой редакции простые ПМ не рассматривал.До первого коммента ( погибшего).Действительно — никто не мешает сделать тотж «Новик» аж на 4х винтах , влепив 4 компаунда. Но одноцилиндровая — все таки на мой взгляд перебор)
Выбрасывать воду в виде пара на море- довольно расточительно. Корабль- не мельница на речке- пресной воды нет (те конечно есть — но её достаточно мало). Можно, конечно, питать котлы заборной водой, но сразу встает вопрос засоления трубок котлов. И придумали оригиальну вещь . Пар из первого цилиндра ( раширившись и совершив какую-то работу) идет во второй цилиндр и делает уже работу там . Опять расширившись он не выбрасывается в атмосферу а идет в холодильник , где конденсируется до состояния воды и идет обратно в котел. Так появились машины двойного расширения. Добавив третий цилиндр- получили машины тройного расширения.
Потом подобный девайс еще усовершенствовали- разделили цилиндр низкого давления на два .

Эту схему,применяли гтам, де один цилиндр низкого давления становился слишком большим при литье. Это также удобно для более действенной балансировки двигателя.

Холодильник

Паровые машины. Теория и практика.

Машина одинарного расширения

Применялись при давлении пара 35 фунтов/дюйм2 ( 2,5 атм)

Машины двойного расширения ( компаунд)

Паровые машины. Теория и практика.

применялись при давлении пара 60-100 фунтов/дюйм2 ( 4-7 атм)

(схема на первом рис довольно оригинальна)

Машины тройного расширения

применялись при давлении пара 120-170 фунтов/дюйм2 и больше ( 4-7 атм)

Расчет скорости корабля в зависимости от мощности.( Формулы интересны скорее заклепочникам )


Паровые машины. Теория и практика.

V-скорость в узлах, D-водоизмещение, Н- мощность и.л.с, С-константа ( да.1/3 заменять на 0,33 и 2/3 заменять на 0,66 не рекомендую.Погрешность в полузла вылазит)

ТЕ приведены три константы

Для больших и быстрых (пассажирских)пароходов — 250

Для грузовых пароходов — 235

Для крейсеров и броненосцев- 225

Я лично для малых крейсеров в 2800-3300 т предлагаю — 200

Такто эта константа пишется и обозначается как «коэффициент Адмиралтейства» или «Адмиралтейский коэффициент».И таблицы есть. Но врядли ктото из присутствующих станет конструировать яхту.

Паровые машины. Теория и практика.

( ктото не согласен или хочет внести свои коэффициенты ( миноносцев вот нет пока) — пожалста, только аргуметируйте расчетом- поменяем)

Те вполне можно посчитаь нужную мощность ПМ в табличном редакторе и построить очень красивые графики.

Расчет мощности ПМ ( в дюймовой системе).

Паровые машины. Теория и практика.

Имеется общая английская формула для расчета мощности в индикаторных лошадиных силах.( в милиметры пока не перевел — диаметры английских и американских машин в дюймах довольно часто встречаются )
Мутным моментом при расчерте яваляется среднее давление пара в цилиндре . Но если альтернативщик берет за основу какую-то уже рабочую машину- можно посчитать ее даление и уже на основе этой цифры играться с размерами цилиндров, чтоб поднять мощность.

Читайте так же:
Как бычки превращаются в мясо

Как я собирал паровой двигатель своими руками

Купил недавно участок загородом, обустраиваю там дачу. Уже всё закончил, приезжаю, отдыхаю и уезжаю, частенько на выходных там бываю. На днях пришла гениальная идея сконструировать самодельный паровой двигатель, чтобы не было так скучно там, ведь можно будет сделать макет поезда или как использовать его для хозяйственных нужд, однако скорее всего буду использовать его просто для развлечения. Уже сделал и дальше хочу рассказать вам, как сделать паровой двигатель своими руками.

Немного про паровой двигатель и принцип его действия

Паровой двигатель/паровая машина – тепловой двигатель внешнего сгорания, использует и преобразует энергию водяного пара во вращательно-поступательную механическую работу поршня и вала.

Паровым двигателем можно считать любой двигатель внешнего сгорания, что преобразует энергию пара в механическую работу.

Принцип работы парового двигателя весьма прост: путём сгорания топлива нагревается вода и превращается в водяной пар, который различными способами приводят поршень в движения, поршень же вращает вал, и на выходе мы имеем механическую работу от вала.

Зачем собирать паровой двигатель в 21-ом веке

Итак, сейчас 21-ое столетие, цифровая эпоха, век высоких компьютерных технологий, можно задаться вопросом «Зачем вообще кому-то собирать паровой двигатель сейчас?».

Есть люди, которые говорят, что хотят сделать модель паровоза, паровой генератор для дома и использовать его для своих нужд – всё это чушь.

Если бы эти нужды были реально важны для них, они бы использовали скорее более эффективный двигатель внутреннего сгорания.

На самом деле в нынешнее время паровые двигатели строят для удовольствия от инженерного дела, удовольствия от моделирования и удовольствия от полученного опыта – того самого опыта, который был у великих изобретателей древности.

Изготовление парового двигателя своими руками

Вот чертёж парового двигателя, с которым вам необходимо ознакомиться прежде, чем приступать к работе:

Первым делом необходимо подготовить инструменты и материалы для изготовления.

Из материалов для изготовления парового двигателя из жестяной банки мне для этого понадобилось:

  • Свинец;
  • Спицы для колёс от велосипеда;
  • Маленькая и обычная трубка;
  • Болты, гайки, шурупы;
  • Медная проволока диаметром 1,5 мм;
  • Куски досок;
  • Сама жестяная банка (подойдёт банка из-под оливок);
  • Деревянные бруски;
  • Телескопическая антенна диаметром не менее 8 мм;
  • Подставка (можно использовать фанеру);
  • Суперклей и эпоксидная смола;

А из инструментов:

  • Паяльник;
  • Ножовка;
  • Дрель;
  • Наждак;

А теперь приступим непосредственно к самой сборке.

Для начала необходимо изготовить цилиндр и золотниковую трубку.

Для этого отрежьте от вашей телескопической антенны 3 куска: один кусок должен быть длиной 38 мм и 8 мм в диаметре (трубка 1), второй диаметром 4 мм и длиной 30 мм (трубка 2), ну и третий должен быть диаметром также 4 мм, а длиной 6 мм (трубка 3).

Далее возьмите трубку 2, что вы вырезали ранее, и сделайте в ней отверстие посередине, которое должно быть диаметром 4 мм.

Приклейте трубку 3 перпендикулярно к трубке 2 с помощью суперклея.

После высыхания можете использовать холодную сварку для более качественного соединения.

Последним шагам вам нужно будет прикрепить шайбу с отверстием к трубке 3. Для более качественного соединения используйте холодную сварку после высыхания.

Читайте так же:
Как добывают соль в Казахстане

Для лучшей герметичности покройте все швы цилиндра эпоксидной смолой.

Следующим этапом будет изготовление поршня с шатуном.

Возьмите болт с диаметром около 7 миллиметров, зажмите его шляпкой в тисках. После чего намотайте на него шесть витков медной проволоки.

Каждый виток необходимо промазать суперклеем.

В конце просто спилите лишние концы бота.

Вторым шагом вам нужно будет покрыть проволоку на болте эпоксидной смолой и подождать пока она высохнет. Далее подогнать ваш поршень под уже изготовленный цилиндр.

Подогнать нужно так, чтобы поршень двигался свободно, но не пропускал воздух.

После возьмите лист алюминия и вырежьте из него полоску шириной 4 миллиметра, а длиной 19.

Придайте полоске П-образную форму.

Стороны этой детали должны быть 7 на 5 на 7 миллиметров.

Просверлите на обоих концах полоски отверстия диаметром по 2 миллиметра. В получившееся отверстие должен поместиться кусочек спицы. После чего приклейте её к поршню стороной 5 мм.

Далее сделайте шатун из спицы от велосипеда.

Для этого приклейте к концам спицы два маленьких кусочков антенных трубок длиной и диаметром примерно по 3 миллиметра.

Расстояние от одного центра шатуна до другого должно составлять 5 см.

Вставьте только что изготовленный шатун в П-образную деталь и шарнирно зафиксируйте спицей.

Спицу необходимо подклеить с двух сторон, чтобы она не выпала при работе.

Следующим этапом будет изготовление шатуна треугольника.

Похожим образом, как и обычный шатун, делается шатун треугольника, только с одной стороны должен быть кусок велосипедной спицы, а с другого трубка.

Для шатуна треугольника должна составлять 7,5 сантиметров.

После – изготовление треугольника и золотника.

Возьмите лист металла и вырежьте из него треугольник.

В этом треугольнике просверлите 3 отверстия. Расстояние между отверстием 1 и отверстием 2 должно быть 1,9 см, между отверстием 2 и отверстием 3 – 2,3 см.

Теперь займитесь изготовлением золотника.

Длина золотника должна составлять 3,5 см, толщина должна быть такой, чтобы он свободно перемещался по трубке золотника.

Выбирайте длину штока в зависимости от вашего маховика.

Предпоследним этапом будет изготовление подпорок и кривошипов

Подпорки сделайте из брусков, выбирая размеры по вашему усмотрению.

Длина кривошипа поршневой тяги должна составлять 0,8 см, длина же кривошипа золотника в два раза меньше – 0,4 см.

Последний этап – изготовление парового котла

Паровым котлом выступит банка из-под оливок, которой необходимо запаять крышку.

В крышке необходимо просверлить два отверстия – под трубку и гайку.

Гайка нужна для того, чтобы через неё заливать воду в котёл, закрывая отверстие, закручивая болт в неё.

Далее необходимо собрать все детали воедино и разместить каждый элемент на подпорке, что находится на деревянной платформе.

В конце проведите испытания.

Если они успешны, то можно сказать, что самодельный паровой двигатель готов.

Фото двигателя в сборке:

Рекомендую следующее видео, в котором автор собирает своими руками паровой двигатель:

Как итог

Такое интересное развлекательное изделие как паровой двигатель можно легко сделать своими руками. Для этого нужно будет лишь лист металла, несколько деревянных брусков, досок, банка из-под оливок, спица, болты гайки, трубки и другие мелочи, а также необходимые инструменты. Качество вашего парового двигателя зависит от вас, если вы сделаете всё правильно, то он будет служить вам долгие годы.

напишите в комментариях, как считаете разумно ли делать паровой двигатель в 21-ом веке

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию